Kāpēc metālu un nemetālu savienojumi sastāv no joniem?

Jonu molekulas sastāv no vairākiem atomiem, kuru elektronu skaits atšķiras no to pamatstāvokļa. Kad metāla atoms savienojas ar nemetāla atomu, metāla atoms parasti zaudē elektronu nemetāla atomam. To sauc par jonu saiti. Tas, ka tas notiek ar metālu un nemetālu savienojumiem, ir divu periodisku īpašību rezultāts: jonizācijas enerģija un elektronu afinitāte.

Periodiskās tabulas metāli ietver visus elementus no pirmās līdz trim grupām, izņemot ūdeņradi, kā arī dažus citus elementus no tabulas apakšējiem labās puses reģioniem. Savukārt nemetāli ietver visus elementus septītajā un astotajā grupā, kā arī dažus citus elementus no četrām, piecām un sešām grupām.

Elementa jonizācijas enerģija raksturo enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai atoms zaudētu elektronu. Metāliem parasti ir mazas jonizācijas enerģijas. Tas nozīmē, ka viņi ķīmiskās reakcijās ir "gatavi" atbrīvoties no elektrona. Turpretī daudziem nemetāliem ir augstas jonizācijas enerģijas, kas nozīmē, ka viņi mazāk vēlas reakcijā zaudēt elektronu.

Elektronu afinitāte ir enerģijas izmaiņas, kad elementa neitrāls atoms iegūst elektronu. Daži atomi ir vairāk gatavi iegūt elektronus nekā citi. Metāliem ir maza elektronu afinitāte, un tāpēc tie labprātīgi nepieņem elektronus. Daudziem nemetāliem savukārt ir liela elektronu afinitāte; pieņemot elektronus, tie atbrīvo lielāku enerģijas daudzumu. Tas nozīmē, ka nemetāli ir daudz gatavāki pieņemt elektronus nekā metāli. Tas atbilst viņu pozīcijām periodiskajā tabulā. Reaktīvie nemetāli ir tuvu astotās grupas elementiem, kuriem ir pilnīgi ārējie elektronu apvalki. Grupas astoņi elementi ir ļoti stabili. Tādējādi nemetāls, kas atrodas viena vai divu elektronu attālumā no pilna elektronu apvalka, ļoti vēlēsies iegūt šos elektronus un sasniegt stabilu stāvokli.

Jonizācijas enerģijas un elektronu afinitātes jēdzieni tiek apvienoti trešajā periodiskajā tendencē, ko sauc par elektronegativitāti. Elektronegativitātes atšķirības starp elementiem raksturo saišu veidu starp atomiem. Ja elektronegativitātes atšķirības ir ļoti mazas, saites ir kovalentas. Ja elektronegativitātes atšķirības ir lielas, saites ir joniskas. Elektronegativitātes atšķirības starp metāliem un lielāko daļu nemetālu ir augstas. Tāpēc saitēm ir jonu raksturs. Tam ir jēga attiecībā uz jonizācijas enerģiju un elektronu afinitāti; metāla atomi ir gatavi zaudēt elektronus, un nemetālie atomi ir gatavi tos iegūt.